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¿Influye la actividad solar en el cambio climático?

actividad solar

Entonces. ¿La actividad solar influye en el calentamiento global?

Sólo la radiación emitida por el Sol representa más del 99,99% de la energía aportada a nuestro entorno

Sin embargo, el Sol ha sido durante mucho tiempo un símbolo de inmutabilidad. Tanto es así que la potencia irradiada en todo el espectro (denominada irradiancia total) sigue llamándose constante solar. No fue hasta el comienzo de la era espacial cuando nos dimos cuenta de que esta constante varía.

Sin embargo, su variación relativa a lo largo de un ciclo solar de 11 años es sólo de aproximadamente 0,4 %, una cifra demasiado pequeña para explicar las variaciones de temperatura observadas en la Tierra.


 

El debate se centra ahora en encontrar mecanismos físicos que puedan amplificar tales variaciones

Entre los mecanismos comúnmente invocados se encuentra la absorción de determinados rangos de longitud de onda del espectro solar.

Irradiancia total

La contribución del Sol no puede reducirse a la de la irradiancia total porque las diferentes longitudes de onda del espectro difieren mucho en variabilidad e impacto en la atmósfera: en particular, la radiación ultravioleta, cuya contribución a la irradiancia total es sólo del 8%, pero cuya variabilidad puede superar fácilmente el 10% a lo largo de un ciclo solar.

La absorción de esta radiación en la estratosfera superior modifica la concentración de ozono, lo que a su vez afecta al balance de radiación de la Tierra.

La parte más energética del espectro solar se absorbe a mayor altitud, donde las variaciones relativas de las condiciones ambientales (densidad, temperatura) son aún mayores. Sin embargo, queda por ver cómo se pueden acoplar eficazmente estas variaciones con las capas inferiores de la atmósfera.

Radicación electromagnética

Las otras pistas no invocan la radiación electromagnética, sino el efecto mucho más tenue del campo magnético solar o el flujo de materia emitido por el Sol.

La química física de la atmósfera superior, por ejemplo, está influida por el circuito eléctrico global asociado a la magnetosfera terrestre, que a su vez se ve afectada por el viento solar.

Radiación cósmica

Otra vía, muy controvertida, tiene que ver con la radiación cósmica. Este último está formado por partículas de muy alta energía y su flujo está modulado por la actividad solar; a través de su acción sobre los procesos de nucleación en la atmósfera, podría influir en la tasa de nubosidad. Todos estos mecanismos están acoplados y es muy difícil aislar su contribución.


 

El impacto del Sol en el clima

El impacto del Sol en el clima es ya innegable; la omnipresencia del periodo de 11 años en muchos datos climáticos así lo atestigua. Sin embargo, mientras que varios mecanismos pueden explicar esta modulación de 11 años, así como las variaciones de temperatura anteriores al siglo XX, la evolución reciente del clima sigue siendo mucho más difícil de reproducir.

Por ello, una gran mayoría de científicos cree ahora que la contribución solar, aunque real, ha pasado a un segundo plano frente a los efectos antropogénicos.

En esta investigación, uno de los principales retos es compensar nuestra flagrante falta de observaciones directas remontándonos al pasado utilizando trazadores de la actividad solar.

El número de manchas solares es una de las pocas mediciones directas de la actividad que abarca más de un siglo; sus primeras observaciones regulares se remontan a 1610. Entre los trazadores indirectos más fiables se encuentran los radioisótopos cosmogénicos.

El campo de las relaciones entre el sol y el clima se ha visto corrompido en los últimos años por influencias políticas y financieras no deseadas, ya que los escépticos del cambio climático han aprovechado los supuestos efectos solares para justificar su inacción ante el calentamiento antropogénico.


 

El debate Sol/Clima

Sostenemos que el debate Sol/clima es una de esas cuestiones en las que las declaraciones de «consenso» del IPCC se han logrado prematuramente mediante la eliminación de las opiniones científicas discrepantes.

El impacto de las variaciones solares sobre el clima es incierto y muy debatido. Sin embargo, los informes de evaluación del IPCC no ven que existe un debate y una gran incertidumbre sobre esta cuestión.

El sol tiene ciclos de unos 11 años (ciclo de Schwabe) durante los cuales la actividad solar aumenta y luego disminuye.

Por encima de la atmósfera terrestre, la irradiación solar total (IST), medida en vatios por metro cuadrado (W/m²), varía poco entre el máximo y el mínimo del ciclo de 11 años, del orden del 0,1% de la IST, es decir, aproximadamente 1 W/m².

Se espera que un aumento de la TSI durante varias décadas provoque un calentamiento global (en igualdad de condiciones), y que un descenso de la TSI durante varias décadas provoque un enfriamiento global. Los investigadores han especulado con que las variaciones decenales o más largas de la actividad solar podrían ser un factor importante del cambio climático.

La evolución exacta de la ETI a lo largo del tiempo sigue siendo un problema difícil. Desde 1978 se dispone de mediciones directas de la ETI por satélite, pero para encontrar una tendencia multidecenal es necesario comparar las observaciones de satélites con periodos solapados de buen funcionamiento.

Existe una gran incertidumbre en las series compuestas de la TSI durante el periodo 1978-1992, ya que la misión del satélite solar ACRIM2 se retrasó debido al desastre del transbordador espacial Challenger en 1986 y ACRIM2 se lanzó finalmente a finales de 1991, mientras que ACRIM1 se detuvo en julio de 1989. El desfase entre julio de 1989 y finales de 1991 impide una comparación directa de los dos conjuntos de mediciones de TSI de alta calidad de ACRIM1 y ACRIM2.

Esta compleja cuestión de calibrar los dos conjuntos de observaciones por satélite entre sí tiene importantes consecuencias. Hay otras series de datos relacionados con la ETI que no coinciden en el aumento o la disminución de la ETI durante el periodo 1986-1996. Además, la serie de TSI por satélite se utiliza para calibrar otras series, manchas solares e isótopos cosmogénicos que darían una estimación de las variaciones solares pasadas.

Algunas de estas series de valores de la TSI en el pasado (desde 1750) tienen una variabilidad baja, lo que implica un impacto muy pequeño de las variaciones solares en la temperatura media global en superficie, mientras que las series de datos con una alta variabilidad de la TSI pueden explicar entre el 50% y el 98% de las variaciones de temperatura desde la época preindustrial.

El informe AR5 del IPCC adoptó las reconstrucciones solares de baja variabilidad, sin mencionar esta controversia. Concluyó que la mejor estimación del forzamiento radiativo debido a los cambios de la TSI para el periodo 1750-2011 era de 0,05 W/m², con una «confianza media». Esto contrasta con el forzamiento debido a los 2,29 W/m² de los gases atmosféricos de «efecto invernadero» durante el mismo periodo. Así que el mensaje del AR5 del IPCC es que el forzamiento del cambio climático por cambios en la actividad solar es casi insignificante comparado con los efectos antropogénicos.

El informe de evaluación AR6 del IPCC acepta una gama mucho más amplia de valores estimados de los cambios de la TSI en los últimos siglos: entre el Mínimo de Maunder (1645-1715) y la segunda mitad del siglo XX, la TSI aumentó entre 0,7 W/m² y 2,7 W/m², una gama que incluye tanto series de TSI poco variables como series de TSI más fuertemente variables.

No obstante, la serie de forzamiento radiativo recomendada para las simulaciones informáticas CMIP6 utilizadas en el informe AR6 es la media de dos series de baja variabilidad.

Las incertidumbres y el debate sobre las variaciones solares y su impacto en el clima han sido el tema de ClimateDialogue, un interesante experimento en la blogosfera.

ClimateDialogue surgió a raíz de una petición del Parlamento holandés para facilitar debates científicos entre expertos que representaran toda la gama de opiniones sobre el clima. En el Diálogo sobre las variaciones solares (2014) participaron cinco destacados científicos, todos ellos con numerosas publicaciones sobre el tema.

Uno de ellos se mostró de acuerdo con el informe AR5 del IPCC, al considerar que las variaciones solares sólo desempeñan un papel menor en el clima de la Tierra; otros dos defendieron un papel más importante, incluso dominante, del Sol, y los dos últimos destacaron las incertidumbres que limitan nuestra comprensión actual de estos fenómenos.


 

Rechazo al enfoque de «consenso» del IPCC

Más recientemente, Connolly (2021) publicó un artículo de revisión en la revista Research in Astronomy and Astrophysics. Este documento es obra de 23 coautores con opiniones diversas, pero unidos en su rechazo al enfoque de «consenso» del IPCC.

El artículo muestra dónde están las diferencias y los puntos de acuerdo. Estos autores descubrieron que en el debate Sol/clima la pretensión de consenso del IPCC se basa en la supresión prematura de opiniones científicas divergentes.

Las proyecciones climáticas para el siglo XXI no pueden ignorar un posible cambio sustancial de la actividad solar.


 

Gran Mínimo y Gran Máximo Solar

En escalas temporales de varias décadas, las reconstrucciones de la actividad solar basadas en marcadores muestran fases de actividad solar inusualmente débil o fuerte denominadas Gran Mínimo y Gran Máximo Solar. Los grandes máximos solares corresponden a varios ciclos solares sucesivos con una actividad superior a la media durante décadas o siglos.

La actividad solar alcanzó niveles inusualmente altos en la segunda mitad del siglo XX, aunque las reconstrucciones no se ponen de acuerdo sobre si este máximo se alcanzó en los años cincuenta o continuó en los noventa.

Se calcula que en los últimos 11 milenios se han producido unos 20 máximos importantes, es decir, una media de uno cada 500 años

En los últimos 11 milenios, se han producido 11 grandes mínimos solares, separados por intervalos que oscilan entre unos pocos cientos de años y unos pocos miles de años. El último gran mínimo fue el Mínimo de Maunder, de 1645 a 1715.

Hay varias razones para esperar una menor actividad solar en el siglo XXI en comparación con el siglo XX. El ciclo solar 24, recientemente concluido, ha sido el más pobre en manchas solares de los últimos 100 años y el tercero de una tendencia a la disminución del número de manchas solares. Los físicos solares esperan que el ciclo 25 sea aún más débil que el 24. Y además es más probable que a un gran máximo le siga un gran mínimo que otro gran máximo.

Las proyecciones empíricas ven un nuevo mínimo solar que comienzó en 2002-2004 y termina en 2063-2075.

Hay un 8% de posibilidades de que el Sol caiga en un gran mínimo en los próximos 40 años. Pero el nivel y la duración de una fase de baja actividad solar durante el siglo XXI son muy inciertos.


 

Próximo gran mínimo solar. ¿Cuánto frío deberíamos esperar?

Si a mediados del siglo XXI el Sol entrara en un mínimo cercano al Mínimo de Maunder, ¿Cuánto más frío deberíamos esperar?

Para los modelos climáticos y otros modelos analíticos, el enfriamiento sería pequeño, de entre 0,09 °C y 0,3 °C (Fuelner 2010). Estos modelos suponen que la interacción entre el sol y el clima se limita únicamente al forzamiento TSI.

Sin embargo, cada vez hay más pruebas de que otros aspectos de la variabilidad solar amplifican el forzamiento del TSI o son independientes del TSI, los llamados efectos solares indirectos, como:

  • Los cambios en el ultravioleta solar
  • Las lluvias de partículas de alta energía
  • El efecto del campo eléctrico atmosférico en la nubosidad
  • Los cambios en la nubosidad producidos por los rayos cósmicos galácticos modulados por el sol
  • Los grandes cambios en el campo magnético
  • La intensidad del viento solar.

Los efectos solares indirectos entran en la categoría de «incógnitas conocidas».

Aunque estos efectos indirectos no están incluidos en las proyecciones CMIP6 para el siglo XXI, podemos hacer algunas inferencias a partir de publicaciones recientes.

Podría producirse un descenso de la temperatura de la superficie de hasta 1 °C

Sugieren que los efectos solares indirectos podrían amplificar una anomalía de la TSI entre 3 y 7 veces. [Shaviv (2008), Scafetta (2013) Svensmark (2019)]. Con esta amplificación podría producirse un descenso de la temperatura de la superficie de hasta 1 °C (o incluso más) con un mínimo de tipo Maunder.

Entonces, ¿tenemos escenarios plausibles para los cambios de la temperatura global provocados por el sol a lo largo del siglo XXI? Tres escenarios cubren aproximadamente toda la gama de escenarios plausibles:

  • Escenario base CMIP6: alrededor de -0,1°C (Matthes et.al 2017)
  • Escenario intermedio: -0,3°C, con una fuerte estimación del Mínimo de Maunder, pero sin efectos de amplificación (Fuelner 2010), o un mínimo más débil si hay efectos de amplificación.
  • Escenario fuerte: -0,6°C con un escenario de baja actividad solar (pero no un Mínimo de Maunder) y amplificación por efectos solares indirectos (Solheim).

Las observaciones de los próximos 20-30 años deberían revelar muchas cosas sobre el papel del Sol en el clima.


 

Reflexiones de JC

El IPCC reconoce una incertidumbre sustancial en los cambios de la TSI en los últimos siglos, afirmando que la TSI entre el Mínimo de Maunder (1645-1715) y la segunda mitad del siglo XX aumentó entre 0,7 y 2,7 W/m2, un rango que incluye conjuntos de datos de TSI de baja y alta variabilidad.

Sin embargo, el conjunto de datos de forzamiento recomendado para las simulaciones del modelo climático CMIP6 utilizado en el IE6 promedia dos conjuntos de datos de baja variabilidad.

El IPCC ignora las implicaciones de una incertidumbre tan grande en los STI sobre la sensibilidad climática de equilibrio y la atribución del calentamiento del siglo XX.

Si los conjuntos de datos de alta variabilidad son correctos, esto tiene implicaciones sustanciales para las estimaciones de la sensibilidad climática al CO2 y la atribución del calentamiento del siglo XX.  Este asunto no puede seguir escondiéndose bajo la alfombra. Otros autores no lo ignoran.


 

La alineación de los planetas impulsa ciclos solares de 11 años

En un artículo publicado en la web Notrickzone, el profesor Fritz Vahrenholt repasa un estudio publicado en mayo de 2019 en la revista Solar Physics sobre la influencia del movimiento planetario en la actividad solar. A continuación se ofrece una traducción del estudio:

Desde que el farmacéutico Samuel Schwabe descubrió en 1843 que las manchas solares del Sol salen y entran en un ciclo de 11 años, los científicos se han preguntado a qué se debe esta periodicidad de 11 años y por qué el campo magnético solar cambia de polaridad con la misma periodicidad: el polo norte se convierte en polo sur y viceversa.

En julio de 2019, científicos del Centro Helmholtz de Dresde Rossendorf hicieron un descubrimiento poco notorio pero emocionante. Cada 11,07 años, los planetas Venus, la Tierra y Júpiter se alinean con bastante precisión y sus fuerzas gravitatorias se suman.

«La concordancia es increíblemente precisa: observamos un paralelismo total con el movimiento de los planetas a lo largo de 90 ciclos», explica Frank Stefani, uno de los autores de la publicación.

Al igual que la atracción gravitatoria de la Luna provoca mareas en la Tierra, los planetas podrían mover el plasma caliente de la superficie del Sol. Pero el efecto de una simple fuerza gravitatoria es demasiado débil para perturbar significativamente el flujo en el interior del Sol, por lo que la coincidencia temporal ha sido ignorada durante mucho tiempo.

Los investigadores suponen ahora que las capas de plasma están sometidas a la llamada inestabilidad de Taylor. La inestabilidad de Rayleigh-Taylor es la inestabilidad de la interfase entre dos fluidos de densidades diferentes (todos conocemos las turbulencias que se producen cuando se vierte leche en una taza de té).

La inestabilidad de Taylor es notable incluso con fuerzas muy pequeñas. Basta una pequeña ráfaga de energía para que la polaridad del campo magnético solar oscile de un lado a otro cada 11 años. El impulso necesario podría ser proporcionado por el efecto de marea de los planetas y determinar así el ritmo al que el campo magnético solar invierte su polaridad.

Además de su papel en la regulación de los ciclos de 11 años, las fuerzas de marea de los planetas podrían tener otros efectos sobre el Sol. Por ejemplo, es concebible que puedan alterar la estratificación del plasma en la zona límite entre la zona de radiación interior del Sol y la zona de convección exterior, la taquiclina, facilitando la disipación del flujo magnético.

En estas condiciones, escriben los investigadores, la fuerza de los ciclos de actividad solar también podría cambiar, del mismo modo que el «Mínimo de Maunder» provoca una disminución significativa de la actividad solar durante un período más largo.

La idea de que la actividad del Sol está controlada por los planetas, incluida la propia Tierra, es insólita. Puede sonar a astrología, pero es el último estado de la investigación solar.

Theodor Landscheidt (fallecido en 2004) fue uno de los primeros investigadores en suponer que los planetas influyen en la actividad solar.

Ya en 1988, en su libro «Sun-Earth-Man», predijo la decadencia de los ciclos solares 22 y siguientes. Sin embargo, asumió un mecanismo diferente, según el cual los planetas desplazan cíclicamente al Sol fuera del centro de gravedad (baricentro) de nuestro sistema solar.

En otro capítulo del libro «El Sol olvidado», el profesor Nicola Scafetta ya conjeturó que la conjunción de Saturno y Júpiter era la causa de los ciclos de 60 años.

En una publicación aparecida en febrero de 2020 en la revista Solar Physics, atribuye las oscilaciones a más largo plazo (Hallstatt -2400 años, Eddy – 1000 años, Suess-de Vries – 210 años) a las influencias de los grandes planetas Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

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